учёба / Электропривод / Elektroprivod_Praktikum

Практическое занятие № 8

___________________________________________________

РАСЧЕТ МЕХАНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК АСИНХРОННОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ ПРИ РЕГУЛИРОВАНИИ СКОРОСТИ ВРАЩЕНИЯ ЧАСТОТОЙТОКАИПОСТРОЕНИЕИХГРАФИКОВ

Цель занятия: научиться рассчитывать механические характеристики асинхронного электродвигателя при регулировании скорости вращения частотой тока и строить их графики.

Задача. На предприятии приобрели преобразователь частоты для электропривода дозатора кормораздатчика. Рассчитать механические характеристики при частотном регулировании скорости и управлении напряжением по закону и построить их графики.

Вопросы для самоподготовки:

1.Почему при изменении частоты тока требуется изменять напряжение питания асинхронного электродвигателя?

2.Какие преобразователи частоты (по виду преобразования энергии) встречаются в электроприводе?

Литература. Фираго, Б. И. Теория электропривода : учебное пособие / Б. И. Фираго, Л. Б. Павлечик. – 2-е изд. – Мн. : Технопер-

спектива, 2007. – 585 с.

План занятия:

1.Выписать из табл. 8.1 технические данные асинхронного электродвигателя по своему варианту.

2.Определитьдлязаданногоэлектродвигателяноминальныймомент

Мном, критический момент Мк, номинальную угловую скорость ωном, критическоескольжениеSк, критическуюугловуюскоростьωк.

3.Рассчитать естественную механическую характеристику асинхронного электродвигателя.

61

4. Рассчитать искусственную механическую характеристику асинхронного электродвигателя при частоте тока f = 40 Гц и f = 30 Гц

изаконе изменения напряжения U f = const.

5.Построить на одном графике естественную механическую характеристику и искусственные механические характеристики.

Методические указания:

• к пункту 1 плана занятия. Выписать из табл. 8.1 технические данные асинхронного электродвигателя.

• к пункту 2 плана занятия. Моменты электродвигателя на естественной механической характеристике определить по следующим формулам:

Двухполюсные электродвигатели имеют ω0ном= 314 рад/с, четы-

рехполюсные – ω0 ном= 157 рад/с, шестиполюсные– ω0ном= 104,5 рад/с. Критическое скольжение и критическая угловая скорость на ес-

тественной механической характеристике:

где S – скольжение, в долях единицы.

• к пункту 3 плана занятия. Естественную механическую характеристику асинхронного электродвигателя при f1 = 50 Гц рассчитывать по упрощенному уравнению Клосса:

63

Для удобства расчеты записать по форме табл. 8.2.

Таблица 8.2

Расчет естественной механической характеристики асинхронного электродвигателя при f1 = 50 Гц

SSк.ном

Sк.ном S

S Sк.ном + Sк.ном S

M по формуле (8.6)

ω= ω0ном(1 – S)

•к пункту 4 плана занятия. Искусственную механическую характеристику при новой частоте f рассчитать по формуле

где γ – коэффициент, показывающий отношение новой частоты тока к частоте 50 Гц, γ = f/50;

α– показатель степени изменения момента сопротивления рабочей машины в зависимости от ее скорости вращения.

Для кормораздатчика α = 0. В этом случае γ0 = 0,80 =1 и формула (8.7) при частоте тока 40 Гц будет иметь следующий вид:

64

• к пункту 5 плана занятия. Построить механические характеристики при частотном регулировании скорости асинхронного электродвигателя для случая α = 0 на одном графике с естественной характеристикой. Размер рисунка для графиков – не менее 150×150 мм. Примерный вид механических характеристик электродвигателя при регулировании скорости частотой тока приведен на рис. 8.1.

Рис. 8.1. Вид механических характеристик асинхронного электродвигателя при регулировании скорости вращения частотой тока при U / f = const

Контрольные вопросы:

1.Каким уравнением описываются механические характеристики при частотном регулировании скорости?

2.Как изменяется синхронная скорость при регулировании частоты тока?

3.Постройте графики искусственных механических характери-

стик при управлении напряжением преобразователя по закону

U f = const .

4. Постройте графики искусственных механических характеристик при управлении напряжением преобразователя по закону

U f 2 = const .

66

Практическое занятие № 9

___________________________________________________

ГРАФОАНАЛИТИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ВРЕМЕНИ ПУСКА АСИНХРОННОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА

Цель занятия: научиться рассчитывать продолжительность пуска электропривода и строить кривую изменения скорости электропривода при пуске.

Задача. Рассчитать продолжительность пуска электродвигателя, полученную аналитическим методом, и сравнить ее со значением, полученным графоаналитическим методом.

Вопросы для самоподготовки:

1.Запишите основное уравнение движения электропривода.

2.От каких параметров зависит время пуска электропривода?

Литература. Фоменков, А. П. Электропривод сельскохозяйственных машин, агрегатов и поточных линий : учебник / А. П. Фоменков. – Москва : Колос, 1984. – 288 с.

План занятия:

1. Выписать технические данные электродвигателя из табл. 9.1 по своему варианту. Выписать исходные данные рабочей машины: приведенный момент сопротивления Мс; приведенный момент инерции Jпр.

2.Построить график естественной механической характеристики электродвигателя.

3.Построить на том же графике механическую характеристику рабочей машины, приведенную к валу электродвигателя.

4.Рассчитать продолжительность пуска электродвигателя по формуле (9.1).

5.Построить кривую изменения скорости электродвигателя при пуске.

6.По построенному графику определить время пуска.

67

Методические указания:

• к пункту 1 плана занятия. Выписать технические данные электродвигателя из табл. 9.1.

Окончание табл. 9.1

Выписать исходные данные рабочей машины: приведенный момент сопротивления Мс, приведенный момент инерции Jпр. Исходные данные электродвигателя в этой задаче такие же, как и в задаче практического занятия № 5.

• к пункту 2 плана занятия. Механическую характеристику электродвигателя следует строить по данным, взятым из занятия №5 (табл. 5.2, строки момента и скорости). Построение выполнить по образцу рис. 9.1. Размер рисунка – не менее 150×150 мм.

Рис. 9.1. Построение кривой изменения скорости электродвигателя при пуске

69

• к пункту 3 плана занятия. Принять, что электродвигатель приводит в движение транспортер. Механическую характеристику транспортера построить по уравнению Мс = const. Значение Мс взять из табл. 9.1. Транспортер имеет момент трогания Мстр= 1,3 Мс

(рис. 9.1).

• к пункту 4 плана занятия. Продолжительность пуска асинхронного электродвигателя можно определить по формуле

где Мэ – эффективный момент электродвигателя, определяется по формуле (9.2), Н·м;

Мс – приведенный к валу электродвигателя момент сопротивления рабочей машины, Н·м;

ωн – номинальная угловая скорость электродвигателя, рад/с; Jпр – приведенный к валу электродвигателя момент инерции

вращающихся частей электропривода, кг·м2. Эффективный момент электродвигателя при пуске определяется

по формуле

• к пункту 5 плана занятия. Для построения кривой изменения скорости электропривода при пуске необходимо выполнить пункты 2–4 плана занятия. Сначала в правой части графика следует построить механическую характеристику электродвигателя. В том же масштабе построить механическую характеристику рабочей машины. Далее линию скорости разбить на участки через Δω = 20 рад/с и провести горизонтальные линии. На каждом участке скорости найти значения Мдин, отнимая (в каждой точке скорости) от момента электродвигателя момент сопротивления рабочей машины. Затем нужно

70

построить кривую изменения избыточного момента. На каждом участке скорости принять Мдин = const. Таким образом, получим ломаную ступенчатую линию динамического момента (рис. 9.1).

Замерить и записать значения Δωi и Мдин i по форме табл. 9.2 для каждого участка скорости.

Таблица 9.2

Расчетные значения приращения скорости

Δω, рад/с

Мдин, Н·м

t, с

Время изменения скорости на любом участке равно

Сравнить время, полученное путем аналитического расчета (по формуле (9.1)), и время, полученное графоаналитическим расчетом.

71

Графоаналитический расчет является более точным, если его выполнить аккуратно и разбить скорость на малые участки.

Контрольные вопросы:

1.По какой формуле определяется продолжительность пуска асинхронного электродвигателя?

2.Как определяется динамический момент электродвигателя?

3.Как определяется время пуска асинхронного электродвигателя графоаналитическим методом?

72

Практическое занятие № 10

___________________________________________________

РАСЧЕТ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ АСИНХРОННОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ

Цель занятия: освоить методику расчета энергетических показателей асинхронного электродвигателя при разных нагрузках на валу.

Задача. Для заданного электродвигателя рассчитать изменение основных энергетических показателей в функции нагрузки на валу

ипостроить его график. Определить параметры холостого хода

иотношение постоянных потерь к переменным.

Вопросы для самоподготовки:

1.Какие потери мощности в асинхронном электродвигателе существуют?

2.От каких параметров зависят переменные потери мощности

васинхронном электродвигателе?

Литература:

1.Чиликин, М. Г. Общий курс электропривода : учебник для вузов / М. Г. Чиликин, А. С. Сандлер. – 6-е изд. – Москва : Энергоиз-

дат, 1981 – 576 с.

2.Кузнецов, Б. В. Асинхронные электродвигатели и аппараты управления : справочное пособие / Б. В. Кузнецов, М. Ф. Сацукевич. – Минск: Беларусь, 1982. – 222 с.

План занятия:

1. Выписать из табл. 10.1 технические характеристики электродвигателя по своему варианту.

2. Определить и построить зависимости: η = f1(P2); P = f2(P2); P1 = f3(P2), где η – КПД электродвигателя, о.е.; P2 – мощность на валу электродвигателя, кВт; P1 – потребляемая из сети мощность, кВт; Р – потери мощности в электродвигателе, кВт.

73

3.Построить зависимость cosφ = f4(P2).

4.Определить и построить зависимость Q = f5(P2), где Q – потребляемая из сети реактивная мощность, кВАр.

5.Определить параметры холостого хода электродвигателя: ре-

активную мощность Q0; ток I0; потери мощности Р0; коэффициент мощности cosφ0.

6.Определить отношение постоянных потерь в электродвигателе к переменным.

7.Записать выводы, свидетельствующие об изменении парамет-

ров электродвигателя от изменения нагрузки на валу: η = f1(P2);

P = f2(P2); P1 = f3(P2); cosφ = f4(P2); Q = f5(P2).

Методические указания:

• к пункту 1 плана занятия. Записать вариант, тип электродвигателя, его номинальную мощность, номинальный КПД и номинальный коэффициент мощности из табл. 10.1 по форме табл. 10.2. Номинальные значения электродвигателя соответствуют коэффициенту нагрузки 1,00.

74

Окончание табл. 10.1

• к пункту 2 плана занятия. Для коэффициента нагрузки Kнаг= 0,125 КПД электродвигателя вычислить по формуле

где ηн – номинальный КПДэлектродвигателя, соответствует Kнаг= 1; α – коэффициент потерь; α ≈ 0,5–0,7; принять α = 0,6;

Kнаг – коэффициент нагрузки:

По формуле (10.1) может быть определен коэффициент полезного действия при любой нагрузке на валу.

Расчеты выполнить для шести нагрузок на валу. ПостроитьграфикP1 = f3(P2).

•к пункту 3 плана занятия. Зависимость cosφ = f4(P2) постро-

ить по данным табл. 10.1.

Для Kнаг = 0,125 коэффициент мощности cosφ не определять.

•к пункту 4 плана занятия. Реактивная мощность:

• к пункту 5 плана занятия. Параметры холостого хода элек-

с вертикальной осью координат, которая соответствует нулевой

где Uн – номинальное линейное напряжение, В.

Поскольку Q0 >> Р0, то приближенно в формуле (10.8) принято

S0 ≈ Q0.

Коэффициент мощности:

•к пункту 6 плана занятия. Отношение постоянных потерь

кпеременным определяется отношением

Постоянные потери Рпост принимаются равными потерям холостого хода, а переменные Рпер определяются по формуле (10.5).

На графике Р1 = f2(Р2) показать потери Рпост = Р0 и Рн.наг (при номинальной нагрузке). Результаты расчетов ( Р0, Q0, I0, cosφ0, α)

записать по форме табл. 10.2.

Контрольные вопросы:

1.По каким формулам определяются потери мощности в статоре

ив роторе асинхронного электродвигателя?

2.От каких параметров зависят переменные потери мощности в асинхронном электродвигателе?

3.Запишите формулу, по которой рассчитывается реактивная мощность.

4.Запишите формулу, по которой рассчитывается коэффициент потерь α.

77

Практическое занятие № 11

___________________________________________________

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОПТИМАЛЬНОГО КОЭФФИЦИЕНТА НАГРУЗКИ АСИНХРОННОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ, ЦЕЛЕСООБРАЗНОСТЬ ЗАМЕНЫ ЕГО МЕНЬШИМ ПО МОЩНОСТИ

Цель занятия: освоить методику определения оптимального коэффициента нагрузки асинхронного электродвигателя и целесообразности его замены меньшим по мощности.

Задача. Для выбранного на практическом занятии №10 электродвигателя определить оптимальный коэффициент нагрузки, целесообразность замены электродвигателя меньшим по мощности при нагрузке электродвигателя 50 % от номинальной.

Вопросы для самоподготовки:

1.Какие составляющие имеет мощность холостого хода?

2.Объясните понятие «коэффициент мощности»?

3.Как рассчитать реактивную мощность, если известна активная мощность и cosφ?

Литература. Кузнецов, Б. В. Асинхронные электродвигатели и аппараты управления : справочное пособие / Б. В. Кузнецов, М. Ф. Сацукевич. – Минск: Беларусь, 1982. – 222 с.

План занятия:

Для выбранного на практическом занятии №10 электродвигателя определить:

1.Оптимальный коэффициент нагрузки без учета коэффициента потерь в электрической сети.

2.Оптимальный коэффициент нагрузки с учетом коэффициента потерь в электрической сети.

78

3. Целесообразность замены электродвигателя меньшим по мощности при нагрузке электродвигателя 50 % от номинальной.

Методические указания

• к пункту 1 плана занятия. Коэффициент нагрузки, при котором КПД электродвигателя достигает максимального значения, соответствует условию: постоянные потери равны переменным, и определяется по формуле

где Р0 – потери холостого хода (постоянные), Вт; Рн.наг – потери номинальные нагрузочные (переменные), Вт;

α– отношение постоянных потерь к переменным (см. форму-

лу (10.10)).

•к пункту 2 плана занятия. Оптимальный коэффициент нагрузки с учетом потерь энергии в распределительной сети определяется по формуле

где Kэ.п – коэффициент электрических потерь в сети от реактивной мощности; Kэ.п = 0,15 кВт/кВАр [2];

Q0 – потребляемая реактивная мощность при холостом ходе, кВАр;

Qн – потребляемая реактивная мощность при номинальной нагрузке, кВАр.

Q0 и Qн взять из табл. 10.2.

• к пункту 3 плана занятия. Замена электродвигателя меньшим по мощности целесообразна, если выполняется условие

где индекс «0,5» означает потери старого электродвигателя при нагрузке 50 % (см. табл. 10.2).

79

Суммарные потери активной мощности в электродвигателе и энергосистеме определяются по формуле